MOS管工作原理讲解.ppt

1 2 5.3 结型场效应管(JFET) 5.1 金属-氧化物-半导体(MOS)场效应管 5.2 MOSFET放大电路 5.5 各种放大器件电路性能比较 *5.4 砷化镓金属-半导体场效应管 3 q 掌握场效应管的直流偏置电路及分析 ； q 场效应管放大器的微变等效电路分析 法。 4 N沟道 P沟道 增强型 耗尽型 N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 （耗尽型） FET 场效应管 JFET 结型 MOSFET 绝缘栅型 (IGFET) 场效应管分类： 5 5.1 金属氧化物半导体 （MOS）场效应管 MOSFET简称MOS管，它有N沟道和P沟道之分 ，其中每一类又可分为增强型和耗尽型两种 。 耗尽型：当vGS0时，存在导电沟道，iD0。 增强型：当vGS0时，没有导电沟道，iD0。 6 5.1.1 N沟道增强型MOSFET 1结构 P NN GSD P型基底 两个N区 SiO2绝缘层 导电沟道 金属铝 G S D N沟道增强型 7 N 沟道耗尽型 P NN GSD 予埋了导 电沟道 G S D 8 N PP GSD G S D P 沟道增强型 9 P 沟道耗尽型 N PP GSD G S D 予埋了导 电沟道 10 2工作原理 JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控 制，来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极 电流的大小。而MOSFET则是利用栅源电压 的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少 ，从而控制漏极电流的大小。 11 2工作原理 （以N 沟道增强型为例） P NN GSD VDSVGS VGS=0时 D-S 间相当于 两个反接的 PN结 ID=0 对应截止区 12 P NN GSD VDSVGS VGS0时 VGS足够大时（ VGSVT）感应 出足够多电子， 这里出现以电子 导电为主的N型 导电沟道。 感应出电子 VT称为开启电压 13 VGS较小时，导 电沟道相当于电 阻将D-S连接起 来，VGS越大此 电阻越小。 P NN GSD VDSVGS 14 P NN GSD VDSVGS 当VDS不太大 时，导电沟 道在两个N区 间是均匀的 。 当VDS较大 时，靠近D 区的导电沟 道变窄。 15 P NN GSD VDSVGS 夹断后，即 使VDS 继续 增加，ID仍 呈恒流特性 。 ID VDS增加，VGD=VT 时 ，靠近D端的沟道被夹 断，称为予夹断。 16 3特性曲线（增强型N沟道MOS管） 17 输出特性曲线 3特性曲线（增强型N沟道MOS管） 可变电 阻区 击穿区 ID U DS 0 UGS=5V 4V -3V 3V -5V 线性放 大区 18 转移特性曲线 3特性曲线（增强型N沟道MOS管） 0 ID UGS VT 在恒流区（线性 放大区，即VGS VT时有： ID0是vGS=2VT时 的iD值。 19 4参数 P210表5.1.1列出了MOSFET的主要参数。 20 5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET 耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向 电压才能夹断。 转移特性曲线 0 ID UGS VT 21 输出特性曲线 ID U DS 0 UGS=0 UGS0 22 5.2 MOSFET放大电路 直流偏置电路 静态工作点 FET小信号模型 动态指标分析 三种基本放大电路的性能比较 5.2.1 FET的直流偏置及静态分析 5.2.2 FET放大电路的小信号模型分析法 23 1. 直流偏置电路 5.2.1 FET的直流偏置电路及静态分析 （1）自偏压电路（2）分压式自偏压电路 vGSvGSvGSvGSvGS VGS = - IDR 24 2. 静态工作点 Q点： VGS 、 ID 、 VDS vGS = VDS = 已知VP ，由 VDD- ID (Rd + R ) - iDR 可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS 25 5.2.2 FET放大电路的小信号模型分析法 1. FET小信号模型 （1）低频模型 26 （2）高频模型 1. FET小信号模型 27 2. 动态指标分析 （1）共源电路及其小信号模型 28 2. 动态指标分析 中频小信号模型： 29 2. 动态指标分析 （2）中频电压增益 （3）输入电阻 （4）输出电阻 忽略 rD由输入输出回路得 则 通常 则 30 例5.2.2 共漏极放大电路如图 示。试求中频电压增益、输入电阻 和输出电阻。 （2）中频电压增益 （3）输入电阻 得 解： （1）中频小信号模型 由 例题 31 （4）输出电阻 所以 由图有 例题 32 3. 三种基本放大电路的性能比较 组态对应关系： CE BJTFET CS CCCD CBCG BJTFET 电压增益 ： CE： CC： CB： CS： CD： CG： 33 输出电阻： 3. 三种基本放大电路的性能比较 BJTFET 输入电阻： CE： CC： CB： CS： CD： CG： CE： CC： CB： CS： CD： CG： 34 5.3 结型场效应管 结构 工作原理 输出特性 转移特性 主要参数 5.3.1 JFET的结构和工作原理 5.3.2 JFET的特性曲线及参数 35 源极，用S或s表示 N型导电沟道 漏极，用 D或d表示 P型区P型区 栅极，用G 或g表示 栅极，用G 或g表示 符号符号 5.3.1 JFET的结构和工作原理 1. 结构 ? 符号中的箭头方向表示什么？符号中的箭头方向表示什么？ 36 2. 工作原理 VGS对沟道的控制作用 当VGS0时 （以N沟道JFET为例） 当沟道夹断时，对应 的栅源电压VGS称为夹断 电压VP （ 或VGS(off) ）。 对于N沟道的JFET，VP |VP|时的漏极电流。IDSS是JFET所 能输出的最大电流。 反映了vDS对iD的影响。 互导反映了栅源电压对漏极电流的控制能力。 43 3. 主要参数 直流输入电阻RGS： 在漏源之间短路的条件下，栅源之间加一定电压时的栅源 直流电阻就是直流输入电阻RGS。 最大漏极功耗PDM 最大漏源电压V(BR)DS 最大栅源电压V(BR)GS 发生雪崩击穿、iD开始急剧上升时的vDS值。 指输入PN结反向电流开始急剧增加时的vGS值。 JFET的耗散功率等于vDS与iD的乘积。PDM受管子最高工作温 度的限制。 44 结型场效应管的缺点： 1. 栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在 某些场合仍嫌不够高。 3. 栅